弗兰克赫兹实验思考题
弗兰克赫兹实验思考题
弗兰克赫兹实验思考题
弗兰克-赫兹实验是由德国物理学家弗兰克和赫兹于1914年进行的实验。
他们在实验中观察到了电子的散射现象，从而验证了能量量子化的概念。
思考题:
1. 弗兰克-赫兹实验的目的是什么？
2. 实验中的主要装置是什么？
3. 实验中观察到的现象是什么？它是怎样验证能量量子化的？
4. 弗兰克-赫兹实验对于量子力学的发展有何重要意义？
答案:
1. 弗兰克-赫兹实验的目的是研究气体原子对电子的散射行为，验证能量的量子化假设。
2. 实验中的主要装置是一个真空管，其中包含有气体原子
和阴极阳极电极。
3. 实验中观察到的现象是电子在通过真空管时的能量损失。
当电子从阴极经过真空管时，它们会与气体原子发生碰撞，导致能量损失和方向改变。
弗兰克-赫兹实验中研究气体原
子的电离和激发过程，通过观察电流的变化，可以获得电
子在真空管中的能量损失情况。
这些能量损失的离散化现
象验证了能量的量子化假设。
4. 弗兰克-赫兹实验的成功验证了能量量子化的概念，为后续量子力学的发展奠定了基础。
实验结果表明，电子的能
量是离散的，只能取特定的能级。
这一发现对于理解原子
和分子的能级结构、光谱现象、电子行为等方面具有重要
意义，为量子力学的发展提供了重要的实验依据。
弗兰克赫兹实验思考
弗兰克赫兹实验思考1.弗兰克赫兹管内发生的物理过程、奇特伏安特性曲线的解释：在我们的实验中，用的是充氩的弗兰克赫兹管。
实验中，从灯丝发出的热电子经过一次预加速（Ug1k加速）后，进入Ug2k加速区间，并与管内的亚原子发生碰撞。
按照量子理论，氩原子的能量状态是不连续的，即氩原子有分立的能级。
当氩原子吸收电磁波或受到其它有足够能量的粒子碰撞时，可由基态跃迁到能量较高的激发态。
?而具有适宜能量的热电子的碰撞，就能引起氩原子能态的激发。
于是，会出现这样的情况：（1）Ug2k逐渐升高，热电子能量较低时，无法引起氩原子能态的激发，与氩原子发生弹性碰撞；（2）随着Ugk2升高，当电子能量达到某一个临界值时，电子的能量在碰撞中会被氩原子吸收，此时，随着Ugk2升高，能够通过反向电压的电子数量将会明显地下降，（由于有很多初速度不一的电子，实际电流并不为零）；（3）随着Ug2k的升高，电子经过一次非弹性碰撞后，剩下的能量提高，使得可以通过反向电压的电子数量逐渐变多，伏安特性曲线再次上升；（3）等到Ug2k恰使电子能完成两次非弹性碰撞时，能够通过反向电压的电子数量又将会明显地下降；当Ug2k恰使电子能够完成N次非弹性碰撞时，都会出现电流下降的情况。
就这样，随着Ug2k的升高，伏安特性曲线整体升高，但呈现周期性波动的特性。
这样的伏安特性曲线说明了氩原子的能量状态是不连续的，即氩原子有分立的能级。
至于要考察氩原子的有多少激发态，则不能使用这样的接线方式：因为，我们所用的接线方式使得电子每加速到能使氩原子能量由基态跃迁到第一激发态时，其能量就被吸收了。
没有办法观察到能量更高的能态。
2.第一激发电位：将原子中的一个外层电子从基态激发至激发态所需要的能量称为原子的激发电位(Ei)，通常以电子伏特(eV)为单位表示。
显然，原子的第一激发电位，就是将原子中的一个外层电子从基态激发至第一激发态所需要的能量。
而我们的实验中，用热电子碰撞氩原子，所得伏安特性曲线峰值（电流下降前一瞬电压）的逐差值，再乘上e，就是那个使氩原子外层电子从基态激发至第一激发态所需要的能量的值。
弗兰克赫兹含思考题
西安交通大学实验报告成绩第 1 页（共 9 页）课程：_______近代物理实验_______ 实验日期：年月日专业班号___ ___组别_______ 交报告日期：年月日姓名__Bigger __学号_ _ 报告退发：（订正、重做）同组者__ ________ 教师审批签字：实验名称：弗兰克-赫兹实验一、实验目的1)通过测氩原子第一激发电位，了解Franck和Hertz在研究原子内部能量量子化方面所采用的实验方法。
2)了解电子和原子碰撞和能量交换过程的微观图像。
二、实验仪器FH—1A、Franck-Hertz实验仪、示波器等。
三、实验原理图1是充氩四极Franck-Hertz实验原理图。
图1 Franck-Hertz实验原理图电子与原子的碰撞过程可以用一下方程描述：22221111''2222e e m v MV m v MV E +=++∆(2.1)式中：m e ——原子质量； M ——电子质量； v ——电子碰撞前的速度； v ’——电子碰撞后的速度； V ——原子碰撞前的速度； V ’——原子碰撞后的速度； ΔE ——原子碰撞后内能的变化量。
按照波尔原子能级理论，ΔE = 0 弹性碰撞； ΔE = E 1 - E 0 非弹性碰撞；式中：E 0——原子基态能量； E 1——原子第一激发态能量。
电子碰撞前的动能1/2m e v 2 < E 1 - E 0时，电子与原子的碰撞为完全弹性碰撞，ΔE = 0，原子仍然停留在基态。
电子只有在加速电场的作用下碰撞前获得的动能1/2m e v 2 ≥ E 1 - E 0，才能在电子产生非弹性碰撞，使得电子获得某一值（E 1 - E 0）的内能从基态跃迁到第一激发态，调整加速电场的强度，电子与原子由弹性碰撞到非弹性碰撞的变化过程将在电流上显现出来。
Franck-Hertz 管即是为此目的而专门设计的。
在充入氩气的F-H 管中（如图2所示），阴极K 被灯丝加热发射电子，第一栅极（G1）与阴K 之间的电压V G1K 约为1.5V ，其作用是消除空间电荷对阴极K 的影响。
弗兰克赫兹实验思考题2
弗兰克赫兹实验思考题2弗兰克赫兹实验思考题一、解释伏安特性曲线的奇特性。
1(玻尔提出的量子理论指出:原子只能较长久地停留在一些稳定状态(简称定态)，原子在这些状态时，不发射或吸收能量;各定态有一定的能量，其数值是彼此分立的，这些能量值称为能级，最低能级所对应的状态称为基态，其他高能级所对应的态称为激发态。
原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能使原子由一个定态跃迁到另一个定态。
原子从一个定态跃迁到另一个定态而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的。
如果用Em和En代表有关两定态的能量，辐射的频率ν确定于普朗克公式: h??Em?En (8-1)式(8-1)中的h为普朗克常数，其值为6.6260×10-34J?s。
为了使原子从低能级向高能级跃迁，可以通过具有一定频率ν的光子来实现，也可以通过具有一定能量的电子与原子碰撞(非弹性碰撞)进行能量交换的方法来实现。
后者为本实验采用的方法。
设初速度为零的电子在电势差为V的加速电场作用下，获得eV的能量。
在充氩气的夫兰克—赫兹管中，具有一定能量的电子将与氩原子发生碰撞。
如果以E0代表氩原子的基态能量，E1代表氩原子的第一激发态的能量，当电子与氩原子相碰撞时传递给氩原子的能量恰好是eV0=E1-E0 (8-2)则氩原子就会从基态跃迁到第一激发态，而相应的电势差V0称为氩原子的第一激发电位。
其他元素气体原子的第一激发电位也可以按此法测量得到。
1914年，夫兰克和赫兹首次用慢电子轰击汞蒸气中汞原子的实验方法，测定了汞原子的第一激发电位。
2(夫兰克—赫兹实验的物理过程本仪器采用的充氩四极夫兰克—赫兹管，实验原理如图8-1所示。
图8 -1 夫兰克—赫兹实验原理图管内有发射电子的阴极K，它由VF通电加热管中的灯丝K而产生热电子发射。
管中还有用于消除空间电荷对阴极电子发射的影响同时提高电子发射效率的第一栅极G1、用于加速电子的第二栅极G2和收集电子的板极P。
图8-2 F—H管空间电位分布在充氩气的管中，电子由热阴极K发出，阴极K和栅极G2之间的可调加速电压VG2使电子加速。
实验二十三 夫兰克—赫兹实验
2．测量 U GK - IA 曲线，计算氩原子的第一激发电位 U0。 【实验步骤】 见附录。 【数据记录与处理】 1. 测试条件 灯丝电压（V） ： 第一阳极电压（V） ： 反向拒斥电压（V） ： 环境温度（℃） ： 2. “程控”状态下，计算机数据自动记录与绘图 3. “键控”方式下，记录数据并手工作图 4 2.5 7.5
IA (nA)
aCO源自b d U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7
U GK (V)
图 23-3 夫兰克-赫兹管 IA～ U G 2 K 曲线 系曲线。该曲线反映了氩原子在 KG 空间与电子进行能量交换的情况。当 KG 空间电压逐渐 增加时，电子在 KG 空间被加速而取得越来越大的能量。在起始阶段由于电压较低，电子的 能量较小（eU ＜E1 - E0） ，即使运动过程中电子与原子只能发生弹性碰撞，由于电子质量远 小于氩原子质量，电子的能量几乎不会减少，穿过栅极电子形成的板极电流 IA 将随栅极电 压 U GK 的增加而增大，即图中 Oa 段。 当 KG 间的电压达到 U0 时，电子能量达到 eU0＜E1 - E0, 电子在栅极 G 附近与氩原子 之间将发生非弹性碰撞， 将自己从加速电场中获得的能量交给氩原子， 并使氩原子从基态被 激发到第一激发态。 而电子本身由于把能量给了氩原子， 即使穿过栅极也不能克服反向拒斥 电场而被折回栅极，板极电流 IA 将显著减小，如图中 ab 段。随着栅极电压 U GK 的增加，电 子的能量也随之增加，在与氩原子相碰撞后，一部分能量（E1 - E0）交换给氩原子，还留下 一部分能量足够克服反向拒斥电场而达到板极 A，这时板极电流 IA 又开始上升，即曲线中 的 bc 段，直到 KG 间的电压是 2U0 时，电子在 KG 空间会因与氩原子发生两次非弹性碰撞 而失去 2eU0 的能量，又造成了第二次板极电流的下降，即图中的 cd 段。同理，凡是在
弗兰克赫兹含思考题
西安交通大学实验报告第 1 页〔共 9 页〕课程：_______近代物理实验_______ 实 验 日 期 ： 年 月 日 专业班号___ ___组别_______ 交报告日期： 年 月 日 姓 名__Bigger __学号_ _ 报 告 退 发 ： 〔订正、重做〕 同 组 者__ ________ 教师审批签字：实验名称：弗兰克-赫兹实验一、 实验目的1) 通过测氩原子第一激发电位，了解Franck 和Hertz 在研究原子内部能量量子化方面所采用的实验方法。
2) 了解电子和原子碰撞和能量交换过程的微观图像。
二、 实验仪器FH—1A 、Franck-Hertz 实验仪、示波器等。
三、 实验原理图1是充氩四极Franck-Hertz 实验原理图。
图1 Franck-Hertz 实验原理图电子与原子的碰撞过程可以用一下方程描述：22221111''2222e e m v MV m v MV E +=++∆ (2.1) 式中：m e ——原子质量； M ——电子质量； v ——电子碰撞前的速度； v ’——电子碰撞后的速度； V ——原子碰撞前的速度； V ’——原子碰撞后的速度； ΔE ——原子碰撞后内能的变化量。
按照波尔原子能级理论，ΔE = 0 弹性碰撞； ΔE = E 1 - E 0 非弹性碰撞；式中：E 0——原子基态能量； E 1——原子第一激发态能量。
电子碰撞前的动能1/2m e v 2 < E 1 - E 0时，电子与原子的碰撞为完全弹性碰撞，ΔE = 0，原子仍然停留在基态。
电子只有在加速电场的作用下碰撞前获得的动能1/2m e v 2 ≥ E 1 - E 0，才能在电子产生非弹性碰撞，使得电子获得某一值〔E 1 - E 0〕的内能从基态跃迁到第一激发态，调整加速电场的强度，电子与原子由弹性碰撞到非弹性碰撞的变化过程将在电流上显现出来。
Franck-Hertz 管即是为此目的而专门设计的。
弗兰克赫兹实验思考题
弗兰克赫兹实验思考题2010211018 伍云天1、解释伏安特性曲线的奇特性？玻尔的原子理论指出：①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。
原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态；②原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。
如果用Em和En分别代表原子的两个定态的能量，则发射或吸收辐射的频率由以下关系决定：hv＝｜Em－En｜式中：h为普朗克常量。
原子从低能级向高能级跃迁，也可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。
本实验即让电子在真空中与氩蒸气原子相碰撞。
设氩原子的基态能量为E1，第一激发态的能量为E2，从基态跃迁到第一激发态所需的能量就是E2－E1。
初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量eU，若eU小于E2－E1这份能量，则电子与氩原子只能发生弹性碰撞，二者之间几乎没有能量转移。
当电子的能量eU≥E2－E1时，电子与氩原子就会发生非弹性碰撞，氩原子将从电子的能量中吸收相当于E2－E1的那一份，使自己从基态跃迁到第一激发态，而多余的部分仍留给电子。
设使电子具有E2－E1能量所需加速电场的电位差为U0，则eU0＝E2－E1 式中：U0为氩原子的第一激发电位（或中肯电位），是本实验要测的物理量。
在充氩的F—H管中，电子由热阴极发出，阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2K 使电子加速。
第一栅极对电子加速起缓冲作用，避免加速电压过高时将阴极损伤。
在板极P和G2间加反向拒斥电压UpG2 。
当电子通过KG2空间，如果具有较大的能量（≥eUpG2 ）就能冲过反向拒斥电场而达到板极形成板流，被微电流计pA检测出来。
如果电子在KG2空间因与氩原子碰撞，部分能量给了氩原子，使其激发，本身所剩能量太小，以致通过栅极后不足以克服拒斥电场而折回，通过电流计pA的电流就将显著减小。
弗兰克赫兹实验思考题
1.氩原子的特殊伏安特性曲线说明了什么？说明了原子存在能级，原子只能停留在一定的状态上，原子辐射是只能发射一定频率的光。
2.第一激发电位的物理含义是什么？如果以E0代表氩原子的基态能量，E1代表氩原子的第一激发态的能量，当电子与氩原子相碰撞时传递给氩原子的能量恰好是eV0=E1−E2则氩原子就会从基态跃迁到第一激发态，而相应的电势差V0称为氩原子的第一激发电位。
3.有没有第二，第三激发电位？有，从第一激发态跃迁到第二激发态相应的电势差就是第二激发电位。
4.弗兰克-赫兹实验的历史1913年，丹麦物理学家玻尔（N. Bohr）将量子概念应用于当时人们尚未接受的卢瑟福（E. Rutherfond）原子核结构模型上，并提出了原子结构的量子理论，成功地解释了氢光谱，为量子力学的创建起了巨大的推动作用。
但玻尔理论的定态假设与经典电动力学明显对立，而频率定则带有浓厚的人为因素，故当时很难为人们所接受。
正是在这样的历史背景下，1914年，两位德国的实验物理学家夫兰克（J. Frank）和赫兹（G. Hertz）采用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，利用两者的非弹性碰撞将原子激发到较高能态，通过测量电子与原子碰撞时交换某一定值的能量，直接证明了原子能级的存在，并验证了频率定则，为玻尔理论提供了独立于光谱研究方法的直接的实验证明。
由于这项卓越的成就，这两位物理学家获得了1925年的诺贝尔物理学奖。
夫兰克—赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。
所以在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。
5.正确的实验&错误的解释弗兰克和G.赫兹最初是依据斯塔克的理论，斯塔克认为线光谱产生的原因是原子或分子的电离，光谱频率ν与电离电势V有如下的量子关系：hν＝eV。
弗兰克和G.赫兹在 1914年以后有好几年仍然坚持斯塔克的观点，他们相信自己的实验无可辩驳地证实了斯塔克的观点，认为4.9V电势差引起了汞原子的电离。
他们也许因为战争期间信息不通，对玻尔的原子理论不甚了解，所以还在论文中表示他们的实验结果不符合玻尔的理论。
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交通大学实验报告第 1 页〔共 9 页〕课程：_______近代物理实验_______实 验 日 期 ：年月日 专业班号______组别_______交报告日期：年月日姓 名__Bigger__学号__报 告 退 发 ： 〔订正、重做〕 同 组 者__________教师审批签字：实验名称：弗兰克-赫兹实验一、 实验目的1) 通过测氩原子第一激发电位，了解Franck 和Hertz 在研究原子部能量量子化方面所采用的实验方法。
2) 了解电子和原子碰撞和能量交换过程的微观图像。
二、 实验仪器FH —1A 、Franck-Hertz 实验仪、示波器等。
三、 实验原理图1是充氩四极Franck-Hertz 实验原理图。
图1Franck-Hertz 实验原理图电子与原子的碰撞过程可以用一下方程描述：22221111''2222e e m v MV m v MV E +=++∆(2.1) 式中：m e ——原子质量； M ——电子质量； v ——电子碰撞前的速度； v ’——电子碰撞后的速度； V ——原子碰撞前的速度； V ’——原子碰撞后的速度； ΔE ——原子碰撞后能的变化量。
按照波尔原子能级理论，ΔE =0 弹性碰撞； ΔE =E 1 - E 0 非弹性碰撞；式中：E 0——原子基态能量； E 1——原子第一激发态能量。
电子碰撞前的动能1/2m e v 2 < E 1-E 0时，电子与原子的碰撞为完全弹性碰撞，ΔE=0，原子仍然停留在基态。
电子只有在加速电场的作用下碰撞前获得的动能1/2m e v 2 ≥E 1-E 0，才能在电子产生非弹性碰撞，使得电子获得某一值〔E 1 - E 0〕的能从基态跃迁到第一激发态，调整加速电场的强度，电子与原子由弹性碰撞到非弹性碰撞的变化过程将在电流上显现出来。
Franck-Hertz 管即是为此目的而专门设计的。
在充入氩气的F-H 管中〔如图2所示〕，阴极K 被灯丝加热发射电子，第一栅极〔G1〕与阴K 之间的电压V G1K 约为1.5V ，其作用是消除空间电荷对阴极K 的影响。
弗兰克赫兹实验思考
对氩原子第二激发电位的测量方法：
<1>改变接线：（1）G1,G2用导线相连，以确保G1,G2间的电势相等，（2）在K,G1间接入加速电压，让电子在开始碰撞前就完成加速。
有第一激发电位，也有第二激发电位。第二激发电位即原子中的一个外层电子从基态激发至第二激发态所需要的能量。
想要测量第二激发电位，就需要改变四极弗兰克赫兹管的接线方式，让碰撞区域是等电势区，电子进入碰撞区前，就加速到较高的能量，这样，就可以避免无法提高电子碰撞前最高能量的问题。
就这样，随着Ug2k的升高，伏安特性曲线整体升高，但呈现周期性波动的特性。
这样的伏安特性曲线说明了氩原子的能量状态是不连续的，即氩原子有分立的能级。
至于要考察氩原子的有多少激发态，则不能使用这样的接线方式：因为，我们所用的接线方式使得电子每加速到能使氩原子能量由基态跃迁到第一激发态时，其能量就被吸收了。没有办法观察到能量更高的能态。
弗兰克和G.赫兹最初是依据斯塔克的理论，斯塔克认为线光谱产生的原因是原子或分子的电离，光谱频率ν与电离电势V有如下的量子关系：hν=eV。
弗兰克和G.赫兹在 1914年以后有好几年仍然坚持斯塔克的观点，他们相信自己的实验无可辩驳地证实了斯塔克的观点，认为4.9V电势差引起了汞原子的电离。他们也许因为战争期间信息不通，对玻尔的原子理论不甚了解，所以还在论文中表示他们的实验结果不符合玻尔的理论。其实，玻尔在得知弗兰克－赫兹的实验后，早在1915年就指出，弗兰克－赫兹实验的4.9V正是他的能级理论中预言的汞原子的第一激发电势。
弗兰克赫兹含思考题
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2)了解电子和原子碰撞和能量交换过程的微观图像。
二、实验仪器FH—1A、Franck-Hertz实验仪、示波器等。
三、实验原理图1是充氩四极Franck-Hertz实验原理图。
图1 Franck-Hertz实验原理图电子与原子的碰撞过程可以用一下方程描述：22221111''2222e e m v MV m v MV E +=++∆(2.1)式中：m e ——原子质量； M ——电子质量； v ——电子碰撞前的速度； v ’——电子碰撞后的速度； V ——原子碰撞前的速度； V ’——原子碰撞后的速度； ΔE ——原子碰撞后内能的变化量。
按照波尔原子能级理论，ΔE = 0 弹性碰撞； ΔE = E 1 - E 0 非弹性碰撞；式中：E 0——原子基态能量； E 1——原子第一激发态能量。
电子碰撞前的动能1/2m e v 2 < E 1 - E 0时，电子与原子的碰撞为完全弹性碰撞，ΔE = 0，原子仍然停留在基态。
电子只有在加速电场的作用下碰撞前获得的动能1/2m e v 2 ≥ E 1 - E 0，才能在电子产生非弹性碰撞，使得电子获得某一值（E 1 - E 0）的内能从基态跃迁到第一激发态，调整加速电场的强度，电子与原子由弹性碰撞到非弹性碰撞的变化过程将在电流上显现出来。
Franck-Hertz 管即是为此目的而专门设计的。
在充入氩气的F-H 管中（如图2所示），阴极K 被灯丝加热发射电子，第一栅极（G1）与阴K 之间的电压V G1K 约为1.5V ，其作用是消除空间电荷对阴极K 的影响。
弗兰克赫兹实验思考题
弗兰克赫兹实验思考题
弗兰克赫兹实验思考题是现代心理学界非常重要的一项心理实验，它影响了对记忆和思考过程的理解以及认知心理学后来的发展和研究。
它是美国心理学家弗兰克赫兹在四十年代初期提出的，它的目的是探索人类记忆和思维的机制。
实验的具体内容是，实验者要求记忆一组字母，然后再陆续地添加新的字母，要求实验者只记住最新添加的字母，而不要混淆它们与之前的字母。
实验结果发现，实验者多半能够准确地记住每一个新添加的字母，但是却无法记住之前曾经记住过的字母。
弗兰克赫兹实验思考题所表明的现象被称为“赫兹效应”，即人们存在着一种有限的记忆容量，只能记住最新获得的记忆，而无法记住较早以前的记忆。
实验表明，当记忆容量被足够多的信息填充时，较早的记忆会被淡忘，新的记忆才能得到传递。
赫兹实验思考题的发现给认知心理学带来了重要的突破，它首先改变了人们对记忆的理解，即记忆是有限的，记忆可以被新的信息替换掉，而不是一成不变的。
此外，赫兹实验思考题还为研究多因素作用于记忆的影响提供了重要的科学发现，比如人们可以通过增强感知的方式来提高记忆的效率，还可以通过多种手段来减少记忆负荷。
另外，研究还提出，人们不仅可以通过记忆来获取当前的信息，还可以通过思维来模拟已知的现象，或者进一步的思考来探究一个概念，从而演绎出新的现象。
同时，赫兹实验思考题也为人类思维提供了重要的实证，为人类思维尤其是智能算法提供了参考依据。
总而言之，弗兰克赫兹实验思考题对当今心理学研究和认知心理学的发展具有重要的意义，这项实验的发现可以指导我们对认知心理学中记忆和思维过程的理解，从而开展更深入的研究，为社会发展做出贡献。
弗兰克赫兹实验思考题（1）
弗兰克赫兹实验思考题（1）1、夫兰克-赫兹实验中，发⽣什么过程导致U-I 曲线？玻尔原⼦模型理论指出：1. 原⼦只能处在⼀些不连续的稳定状态（定态）中，其中每⼀定态相应于⼀定的能量Ei(i=1, 2, 3, …m …n)。
2．当⼀个原⼦从某定态Em 跃迁到另⼀定态En 时，就吸收或辐射⼀定频率的电磁波，频率的⼤⼩决定于两定态之间的能量差En —Em ，并满⾜以下关系：h ν=En —Em式中普朗克常数h=6.63×10-34J ·s 。
原⼦在正常情况下处于基态，当原⼦吸收电磁波或受到其他有⾜够能量的粒⼦碰撞⽽交换能量时，可由基态跃迁到能量较⾼的激发态。
从基态跃迁到第⼀激发态所需要的能量称为临界能量。
当电⼦与原⼦碰撞时，如果电⼦能量⼩于临界能量，则发⽣弹性碰撞，电⼦碰撞前后能量不变，只改变运动⽅向。
如果电⼦动能⼤于临界能量，则发⽣⾮弹性碰撞，这时电⼦可把数值为△E=En —E1的能量交给原⼦（En 是原⼦激发态能量，E1是基态能量），其余能量仍由电⼦保留。
如初始能量为零的电⼦在电位差为U0的加速电场中运动，则电⼦可获得的能量为eU0；如果加速电压U0恰好使电⼦能量eU0等于原⼦的临界能量，即eU0＝E2—E1，则U0称为第⼀激发电位，或临界电位。
测出这个电位差U0，就可求出原⼦的基态与第⼀激发态之间的能量差E 2—E 1。
原⼦处于激发态是不稳定的。
不久就会⾃动回到基态，并以电磁辐射的形式放出以前所获得的能量，其频率可由关系式h ν=eU0求得。
在玻尔发表原⼦模型理论的第⼆年(1914)，夫兰克(James Franck,1882—1964)和赫兹(Gustav Hertz,1887—1975)参照勒纳德创造反向电压法，⽤慢电⼦与稀薄⽓体原⼦（Hg ；He ）碰撞，经过反复试验，获得了图2的曲线。
实验原理如图3所⽰，在充氩的夫兰克-赫兹管中，电⼦由阴极K 发出，阴极K 和第⼀栅极G1之间的加速电压K G V 1 及与第⼆栅极G2之间的加速电压K G V 2使电图3 夫兰克-赫兹原理图⼦加速。
近代物理实验思考题答案
一、 夫兰克—赫兹实验 1解释曲线I p －V G2形成的原因答；充汞的夫兰克-赫兹管,其阴极K 被灯丝H 加热,发射电子;电子在K 和栅极G 之间被加速电压KG U 加速而获得能量,并与汞原子碰撞,栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GA U ,只有穿过栅极后仍有较大动能的电子,才能克服拒斥电场作用,到达板极形成板流A I ;2实验中,取不同的减速电压V p 时,曲线I p －V G2应有何变化为什么答；减速电压增大时,在相同的条件下到达极板的电子所需的动能就越大,一些在较小的拒斥电压下能到达极板的电子在拒斥电压升高后就不能到达极板了;总的来说到达极板的电子数减小,因此极板电流减小;3实验中,取不同的灯丝电压V f 时,曲线I p －V G2应有何变化为什么答；灯丝电压变大导致灯丝实际功率变大,灯丝的温度升高,从而在其他参数不变得情况下,单位时间到达极板的电子数增加,从而极板电流增大;灯丝电压不能过高或过低;因为灯丝电压的高低,确定了阴极的工作温度,按照热电子发射的规律,影响阴极热电子的发射能力;灯丝电位低,阴极的发射电子的能力减小,使得在碰撞区与汞原子相碰撞的电子减少,从而使板极A 所检测到的电流减小,给检测带来困难,从而致使A GK I U 曲线的分辨率下降；灯丝电压高,按照上面的分析,灯丝电压的提高能提高电流的分辨率;但灯丝电压高, 致使阴极的热电子发射能力增加,同时电子的初速增大,引起逃逸电子增多,相邻峰、谷值的差值却减小了; 二、 塞曼效应1、什么叫塞曼效应,磁场为何可使谱线分裂答；若光源放在足够强的磁场中时,原来的一条光谱线分裂成几条光谱线,分裂的谱线成分是偏振的,分裂的条数随能级的类别而不同;后人称此现象为塞曼效应;原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩;总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进从而可以使谱线分离2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用答；略3、如何判断F-P标准具已调好答；实验时当眼睛上下左右移动时候,圆环无吞吐现象时说明F-P标准具的两反射面平行了;4、实验中如何观察和鉴别塞曼分裂谱线中的π成分和σ成分如何观察和分辨σ成分中的左旋和右旋偏振光答；沿着磁场方向观测时,M∆=-1时为左旋偏振光;在实∆=+1为右旋圆偏振光,M验中,+σ成分经四分之一玻片后,当偏振片透振方向在一、三象限时才可观察到,因此为相位差为π2的线偏振光,所以+σ成分为右旋偏振光;同理可得-σ成分为左旋偏振光;三、核磁共振1、什么叫核磁共振答；自旋不为零的粒子,如电子和质子,具有自旋磁矩;如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中,粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂,分裂若发生在原子核上则我们称为,核磁共振;2、观测NMR吸收信号时要提供哪几种磁场各起什么作用各有什么要求答两种;第一种恒磁场B0使核自旋与之相互作用核能级发生塞曼分裂分裂为两个能级第二种垂直于B0的B1使原子核吸收能量从低能级跃迁到高能级发生核磁共振; 共振条件足条件003、 NMR 稳态吸收有哪两个物理过程实验中怎样才能避免饱和现象出现 答；需要稳态吸收和弛豫两个过程;4、 怎样利用核磁共振测量回磁比和磁场强度 答；有共振条件0000,)(B B h g v N N ⋅=⋅=γϖμ即测出0ϖ带入就可求出回磁比将理论的回磁比带入就可求出磁场;四、电子顺磁共振1电子顺磁共振的原理是什么答；将原子磁矩不为零的顺磁物质置于外磁场B 0中,则原子磁矩与外磁场相互作用能为4那么,相邻磁差0hB E γ-=∆ 5如果垂直于外磁场B 0的方向上加一振幅值很小的交变磁场2B 1cosωt,当交变磁场的角频率ω满足共振条件0hB E h γω-=∆=6时,则原子在相邻磁能级之间发生共振越迁这就是自旋共振的基本原理; 2微波段电子顺磁共振的主要装置有哪些各起什么作用答；略五、用光栅光谱仪测钠光光谱解释光谱的物理意义,以及从形状上区别光谱的种类六、密立根油滴实验1、 加上电压后,油滴可能出现哪些运动请分别说明原因;答；匀速运动或静止；油滴保持匀速运动或者静止时才受力平衡,才符合我们的实验原理,才能用已知公式进行计算;2为什么不挑选带质量很大的油滴测量3,如果电容器两极板不水平,即极板间电场方向与重力场方向不平行,这对测量结果有何影响七、傅立叶分解与合成1、 写出方波和三角波的傅里叶分解式; 答；方波)7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t ht f ωωωωπ =∑∞=--1])12sin[()121(4n t n n h ωπ 三角波)7sin 715sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t ht f ωωωωπ =∑∞=----1212)12sin()12(1)1(8n n t n n h ωπ 2、 实验中使用什么电路对方波或三角波进行频谱分解答；用RLC 串联谐振电路作为选频电路,对方波或三角波进行频谱分解; 3、 将1KHz,3KHz,5KHz,7KHz 四组正弦波的初相位和振幅调节到什么条件输入到加法器叠加后,可以分别合成出方波波形答；波振幅比为1:31:51:71,初相位为同相;八、光拍法测量光速1、“拍”是怎么形成的它有什么特性答；根据波的叠加原理,两束传播方向相同、频率相差很小的简谐波相叠加,将会形成拍2、声光调制器是如何形成驻波衍射光栅的什么叫声光效应答；使声光介质的厚度为超声波半波长的整数倍,使超声波产生反射,在介质中形成驻波场,从而产生驻波衍射光栅；功率信号输出角频率为Ω的正弦信号加在频移器的晶体压电换能器上,超声波沿方向通过声光介质,使介质内产生应变,导致介质的折射率在空间和时间上发生周期性变化,形成一个相位光栅,使入射激光发生衍而传播方向,这种衍射光的频率产生了与超声波频率有关的频率移动这种现象叫声光效应;3、斩光器的作用是什么答；,可在示波器上同时观察到远、近程光信号的图形,适当微调光路和光电接收管的位置调节螺丝,使示波器上显示的二路光信号均有一定的幅度;4、获得光拍频波的两种方法是什么本实验采取哪一种答；光拍法和；光拍法九、全息照相1、怎样理解全息图每点都记录了物体上各点光的全部信息像面全息也是这样的吗为什么答；全息照相是将物光波中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化的形式记录下来,形成的干涉条纹,感光后的全息干板,经显影、定影等处理得到的全息照片,相当于一个“衍射光栅”;全息图的观察是衍射光线逆光线,部分的“衍射光栅”激光照射下也会产生衍射光线,故部分全息图可以再现完整物体,只是衍射光强减弱,光信息容量减小,看到的像变暗或相对模糊;拍摄全息图时,光路布置要注意些什么答；1,要求光路中的物光与参考光的光程尽量相等；2光学元件安置要牢靠;十、混沌实验与实验十一合并解释倍周期分岔、混沌、奇怪吸引子概念的物理意义;十一、PN结物理特性测定实验与实验十合并1、解释在实际测量中用二极管的正向I－U关系求得的玻尔兹曼常数偏小的原因;答；通过二极管的电流不只是扩散电流,还有其他电流;2、该实验装置中如何实现弱电流的测量能测量的最小电流值为多少答；采用光点反射式检流计与高输入阻抗集成运算放大器实现,能测量的最小电流值为-11110A十二、高温超导转变温度的测量1、高温超导体和低温超导体的区别是什么答；低温超导材料具有低临界转变温度Tc＜30K,在液氦温度条件下工作的超导材料;低温超导材料由于Tc低,必须在液氦温度下使用,运转费用昂贵,故其应用受到限制;高温超导材料具有高临界转变温度Tc能在液氮温度条件下工作的超导材料;因主要是氧化物材料,故又称高温氧化物超导材料;高温超导材料不但超导转变温度高,而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物,氧含量不确定,具有陶瓷性质;氧化物中的金属元素如铜可能存在多种化合价,化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代,但仍不失其超导电性;除此之外,高温超导材料具有明显的层状二维结构,超导性能具有很强的各向异性;高温超导材料的上临界磁场高,具有在液氦以上温区实现强电应用的潜力;2、什么叫超导现象超导材料有什么主要特性答；超导现象是指材料在低于某一温度时,电阻变为零的现象,而这一温度称为超导转变温度Tc;超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性;超导材料是存在电阻为零的超导态的材料,当其处于超导态时,能够无损耗地传输电能;超导体主要具有三个特性:零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去;这种“持续电流”已多次在实验中观察到;完全抗磁性超导材料处于超导态时,只要外加磁场小于临界磁场,磁场不能透入超导体内,超导材料内部的磁场恒为零;超导悬浮,就是利用超导体的完全抗磁性;约瑟夫森效应当两超导体之间有一薄绝缘层厚度约1nm而形成低电阻连接时,会有电子对穿过绝缘层形成电流,而绝缘层两侧没有电压,即绝缘层也成了超导体;当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U也可加一电压U,同时,直流电流变成高频交流电,而且频率与电压成正比;3、从实验中如何判断样品进入超导态了4、解释零电阻现象和迈斯纳效应现象的物理本质;答；产生迈斯纳效应的原因是：当超导体处于超导态时,在磁场作用下,表面产生一个无损耗;这个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反,因而在深入超导区域总合成磁场为零;换句话说,这个无损耗感应电流对外加磁场起着作用,因此称它为抗磁性屏蔽电流;十三、铁磁材料居里温度的测试1、铁磁物质的三个特性是什么2、用磁畴理论解释样品的磁化强度在温度达到局里点时发生突变的微观机理是什么答：样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是,铁磁性物质的磁化与温度有关,存在一临界温度Tc称为居里温度也称为居里点;当温度增加时,由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列,但在未达到居里温度Tc时,铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列,此时物质仍具有铁磁性,仅其自发磁化强度随温度升高而降低;如果温度继续升高达居里点时,物质的磁性发生突变,磁化强度M实为自发磁化强度剧烈下降,因为这时分子热运动足以使相邻原子或分子之间的交换耦合作用突然消失,从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列,此时磁畴消失,铁磁性变为顺磁性;3、测出的V-T曲线,为什么与横坐标没有交点答；在εeffB～T曲线斜率最大处作切线,与横坐标轴温度相交的一点即为居里温度Tc,这是因为温度升高到居里点时,铁磁材料的磁性才发生突变,所以要在斜率最大处作切线;又因为在居里点附近时,铁磁性已基本转化为顺磁性虽然μ值较小,但仍大于0,故εeffB～T曲线不可能与横坐标相交,所以不是由曲线与温度轴的交点来确定Tc;。
弗兰克—赫兹实验思考题答案
弗兰克—赫兹实验思考题答案之欧侯瑞魂创作[预习思考题]1、什么是能级？玻尔的能级跃迁理论是如何描述的？答：在玻尔的原子模型中，原子是由原子核和核外电子所组成，原子核位于原子的中心，电子沿着以核为中心的各种分歧直径的轨道运动。
在一定轨道上运动的电子，具有对应的能量，轨道分歧，能量的大小也不相同。
这些与轨道相联系、大小不连续的能量构成了能级。
当原子状态改变时，陪伴着能量的变更。
若原子从低能级Ｅn跃迁到高能级Ｅm，则原子需吸收一定的能量，该能量的大小为△E：△E＝Ｅm－Ｅn若电子从高能级Ｅm跃迁到低能级Ｅn，则原子将放出能量△E。
2、为什么I G2A－U G2K曲线上的各谷点电流随U G2K的增大而增大？答：电子与汞原子的碰撞有一定的几率，总会有一些电子逃避了碰撞，穿过栅极而到达板极。
随着U G2K 的增大，这些电子的能量增大，因此在I G2A－U G2K曲线上的各谷点电流也随着增大。
[实验后思考题]1、温度对充汞F－H管的I G2A－U G2K曲线有什么影响？答：当温度过大时，单位体积内的汞原子数增加，电子的平均自由程减小，电子与汞原子的碰撞次数增加，因此，在整个加速过程中，弹性碰撞的总能量损失相应增大，其I G2A 电流减小。
２、在I G2A－U G2K曲线上，为什么对应板极电流I G2K第一个峰的加速电压U G2K不等于4.9V？答：对应板极电流I G2K第一个峰的加速电压U G2K不等于4.9V的主要原因是：由于阴极与栅极不是由同一种资料组成，其间存在接触电势差。
如何利用该套实验设备测出汞原子的电离电势？答：利用该套实验设备丈量汞原子的电离电势的方法是：降低炉温，重新选择U G1K、U G2A，谨慎地选择灯丝电压，使得在第二个第一激发电位峰出现后即出现电离峰，以电离曲线中的第一个峰（对应 4.9V）为定标尺度，求出电离峰与第一峰的距离，即可知电离电位。
或在不改变温度的情况下，选择合适的U G1K、U G2A，遏止全部电子，将全部离子拉向板极，丈量离子电流与U G2K的曲线，则该曲线拐点处即为电离电位。
弗兰克赫兹实验思考题(1)
1、夫兰克-赫兹实验中，发生什么过程导致U-I 曲线？玻尔原子模型理论指出：1. 原子只能处在一些不连续的稳定状态（定态）中，其中每一定态相应于一定的能量Ei(i=1, 2, 3, …m …n)。
2．当一个原子从某定态Em 跃迁到另一定态En 时，就吸收或辐射一定频率的电磁波，频率的大小决定于两定态之间的能量差En —Em ，并满足以下关系：h ν=En —Em式中普朗克常数h=6.63×10-34J ·s 。
原子在正常情况下处于基态，当原子吸收电磁波或受到其他有足够能量的粒子碰撞而交换能量时，可由基态跃迁到能量较高的激发态。
从基态跃迁到第一激发态所需要的能量称为临界能量。
当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞，电子碰撞前后能量不变，只改变运动方向。
如果电子动能大于临界能量，则发生非弹性碰撞，这时电子可把数值为△E=En —E1的能量交给原子（En 是原子激发态能量，E1是基态能量），其余能量仍由电子保留。
如初始能量为零的电子在电位差为U0的加速电场中运动，则电子可获得的能量为eU0；如果加速电压U0恰好使电子能量eU0等于原子的临界能量，即eU0＝E2—E1，则U0称为第一激发电位，或临界电位。
测出这个电位差U0，就可求出原子的基态与第一激发态之间的能量差E 2—E 1。
原子处于激发态是不稳定的。
不久就会自动回到基态，并以电磁辐射的形式放出以前所获得的能量，其频率可由关系式h ν=eU0求得。
在玻尔发表原子模型理论的第二年(1914)，夫兰克(James Franck,1882—1964)和赫兹(Gustav Hertz,1887—1975)参照勒纳德创造反向电压法，用慢电子与稀薄气体原子（Hg ；He ）碰撞，经过反复试验，获得了图2的曲线。
实验原理如图3所示，在充氩的夫兰克-赫兹管中，电子由阴极K 发出，阴极K 和第一栅极G1之间的加速电压K G V 1 及与第二栅极G2之间的加速电压K G V 2使电图3 夫兰克-赫兹原理图子加速。
弗兰克赫兹实验思考题
1、夫兰克-赫兹实验中，发生什么过程导致U -I 曲线？玻尔原子模型理论指出：1. 原子只能处在一些不连续的稳定状态（定态）中，其中每一定态相应于一定的能量Ei(i=1, 2, 3, …m …n)。
2．当一个原子从某定态Em 跃迁到另一定态En 时，就吸收或辐射一定频率的电磁波，频率的大小决定于两定态之间的能量差En —Em ，并满足以下关系：h ν=En —Em式中普朗克常数h=6.63×10-34J ·s 。
原子在正常情况下处于基态，当原子吸收电磁波或受到其他有足够能量的粒子碰撞而交换能量时，可由基态跃迁到能量较高的激发态。
从基态跃迁到第一激发态所需要的能量称为临界能量。
当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞，电子碰撞前后能量不变，只改变运动方向。
如果电子动能大于临界能量，则发生非弹性碰撞，这时电子可把数值为△E=En —E1的能量交给原子（En 是原子激发态能量，E1是基态能量），其余能量仍由电子保留。
如初始能量为零的电子在电位差为U0的加速电场中运动，则电子可获得的能量为eU0；如果加速电压U0恰好使电子能量eU0等于原子的临界能量，即eU0＝E2—E1，则U0称为第一激发电位，或临界电位。
测出这个电位差U0，就可求出原子的基态与第一激发态之间的能量差E 2—E 1。
原子处于激发态是不稳定的。
不久就会自动回到基态，并以电磁辐射的形式放出以前所获得的能量，其频率可由关系式h ν=eU0求得。
在玻尔发表原子模型理论的第二年(1914)，夫兰克(James Franck,1882—1964)和赫兹(GustavHertz,1887—1975)参照勒纳德创造反向电压法，用慢电子与稀薄气体原子（Hg ；He ）碰撞，经过反复试验，获得了图2的曲线。
实验原理如图3所示，在充氩的夫兰克-赫兹管中，电子由阴极K 发出，阴极K 和第一栅极G1之间的加速电压K G V 1 及与第二栅极G2之间的加速电压K G V 2使电图3 夫兰克-赫兹原理图子加速。
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1、夫兰克-赫兹实验中，发生什么过程导致U-I 曲线？玻尔原子模型理论指出：1. 原子只能处在一些不连续的稳定状态（定态）中，其中每一定态相应于一定的能量Ei(i=1, 2, 3, …m …n)。
2．当一个原子从某定态Em 跃迁到另一定态En 时，就吸收或辐射一定频率的电磁波，频率的大小决定于两定态之间的能量差En —Em ，并满足以下关系：h ν=En —Em式中普朗克常数h=×10-34J ·s 。
原子在正常情况下处于基态，当原子吸收电磁波或受到其他有足够能量的粒子碰撞而交换能量时，可由基态跃迁到能量较高的激发态。
从基态跃迁到第一激发态所需要的能量称为临界能量。
当电子与原子碰撞时，如果电子能量小于临界能量，则发生弹性碰撞，电子碰撞前后能量不变，只改变运动方向。
如果电子动能大于临界能量，则发生非弹性碰撞，这时电子可把数值为△E=En —E1的能量交给原子（En 是原子激发态能量，E1是基态能量），其余能量仍由电子保留。
如初始能量为零的电子在电位差为U0的加速电场中运动，则电子可获得的能量为eU0；如果加速电压U0恰好使电子能量eU0等于原子的临界能量，即eU0＝E2—E1，则U0称为第一激发电位，或临界电位。
测出这个电位差U0，就可求出原子的基态与第一激发态之间的能量差E 2—E 1。
原子处于激发态是不稳定的。
不久就会自动回到基态，并以电磁辐射的形式放出以前所获得的能量，其频率可由关系式h ν=eU0求得。
在玻尔发表原子模型理论的第二年(1914)，夫兰克(James Franck,1882—1964)和赫兹(Gustav Hertz,1887—1975)参照勒纳德创造反向电压法，用慢电子与稀薄气体原子（Hg ；He ）碰撞，经过反复试验，获得了图2的曲线。
实验原理如图3所示，在充氩的夫兰克-赫兹管中，电子由阴极K 发出，阴极K 和第一栅极G1之间的加速电压K G V 1 及与第二栅极G2之间的加速电压K G V 2使电图3 夫兰克-赫兹原理图子加速。
在板极A 和第二栅极G2之间可设置减速电压A G V 2 ，管内空间电压分布见图4。
图4 夫兰克-赫兹管内空间电位分布原理图注意：第一栅极G1和阴极K 之间的加速电压K G V 1约伏的电压，用于消除阴极电压散射的影响。
当灯丝加热时，阴极的外层即发射电子，电子在G1和G2间的电场作用下被加速而取得越来越大的能量。
但在起始阶段，由于电压K G V 2较低，电子的能量较小， 即使在运动过程中，它与原子相碰撞（为弹性碰撞）也只有微小的能量交换。
这样，穿过第二栅极的电子所形成的电流A I 随第二栅极电压K G V 2的增加而增大（见图2 ab 段）。
当K G V 2达到氩原子的第一激发电位时，电子在第二栅极附近与氩原子相碰撞（此时产生非弹性碰撞）。
电子把从加速电场中获得的全部能量传递给氩原子，使氩原子从基态激发到第一激发态，而电子本身由于把全部能量传递给了氩原子，它即使穿过第二栅极，也不能克服反向拒斥电压而被折回第二栅极。
所以板极电流A I 将显着减小（如图2 ab 段 ）。
氩原子在第一激发态不稳定，会跃迁回基态，同时以光量子形式向外辐射能量。
以后随着第二栅极电压K G V 2的增加，电子的能量也随之增加，与氩原子相碰撞后还留下足够的能量，这就可以克服拒斥电压的作用力而到达板极A ，这时电流又开始上升（如图2 bc 段），直到K G V 2是2倍氩原子的第一激发电位时，电子在G2与K 间又会因第二次弹性碰撞失去能量，因而双造成了第二次板极电流A I 的下降（如图2 cd 段），这种能量转移随着加速电压的增加而呈周期性的变化。
若以K G V 2为横坐标，以板极电流值A I 为纵坐标就可以得到谱峰曲线，两相邻谷点（或峰尖）间的加速电压差值，即为氩原子的第一激发电位值。
这个实验就说明了夫兰克-赫兹管内的电子缓慢地与氩原子碰撞，能使原子从低能级被激发到高能级，通过测量氩的第一激发电位值（是一个定值，即吸收和发射的能量是完全确定，不连续的）说明了玻尔原子能级的存在。
2.第一激发电位的物理含义是什么？有没有第二激发电位？第一激发电位：如初始能量为零的电子在电位差为U0的加速电场中运动，则电子可获得的能量为eU0；如果加速电压U0恰好使电子能量eU0等于原子的临界能量，即eU0＝E2—E1，则U0称为第一激发电位，或临界电位。
第二激发电位：电子碰撞原子使其从基态到第二激发态所需的最低能量叫第二激发电位。
怎样测第二激发电位：加速电压Ug1k 和U2A 都是标准参数，不能改变，而要测第二激发电位需要使电子获得能量，必须增大Ug1k 。
3.管中还能充什么其它气体，为什么？汞蒸气或其他稀有气体。
因为汞是单原子分子，结构简单，而且在常温下是液态，只要改变温度就能大幅度改变汞原子的密度，同时还由于汞的原子量大，电子与其原子碰撞时，能量损失极小。
4.能否用三极管？三极管与四极管的优缺点能用三极管，但是效果没有四极管好。
由杨福家教授的《原子物理学》一书上相关内容可知，三极管的缺点：三极管无法使汞原子受激到更高的能态，以致于只能证实汞原子的这个量子态。
四极管相对于三极管有以下优势：1、在原来的阴极K 前加上一极板，以达到旁热式加热，其目的是使电子均匀发射，从而把电子的能量测得更加精准；2、在靠近阴极K处加了一个栅极G，并让管内的气体1的间距小于电子在汞蒸气中的平均自由程，目的是建立变得更加稀薄，以使KG1一个无碰撞的加速区，使电子在这个区域内只加速不碰撞；3、使G与靠近A极的1G这两个栅极处于同电位，即建立一个等势区来作为碰撞区，电子在这个区域内2只碰撞不加速。
这样，改进后的装置最大的特点就是，把加速与碰撞分在两个区域内进行，从而避免了原先装置中的缺点，可使电子在加速区获得相当高的能量。
三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。
在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。
中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫B、E和C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
三极管放大时管子内部的工作原理：NPN1、发射区向基区发射电子（形成发射极电流）发射结施加正向电压且掺杂浓度高，所以发射区多子自由电子越过发射结扩散到基区，发射区的自由电子由直流电源补充，从而形成了发射极电流。
（同时，基区的多数载流子也会扩散到发射区，成为发射极电流的一部分。
由于基区很薄，且掺杂浓度较低，因此由基区多子空穴形成的电流可以忽略不计。
）2、自由电子在基区和空穴复合，形成集区电流，并继续向集电区扩散自由电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流。
也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合（基区中的空穴由直流电源补充），扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。
3、集电区收集自由电子，形成集电极电流由于集电结加反向电压且面积很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。
另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。
四极管种类很多，常见的有：束射四极管，直热四极管和多子四极管等。
四极管，有音色浑厚，具有速度感等特点，实际上纯粹意义的四极管只是在电子管的发展史上作为验证管出现过而没有进入实用，这是另一话题不去说它，下面就说前面提及的目前在商品功放里超过半数以上的机种用的这东西----束射四极管四极管就有两个栅极，一个和三极管中的栅极功能一样（称为控制栅极或者栅极1号），另一个（称为帘栅或者栅极2号）是用于减少控制栅极和金属板间的电容。
5、查历史（弗兰-赫兹）——真确的实验，错误的解释（1）弗兰赫兹实验历史１９１４年，弗兰克（Ｆｒａｎｃｋ，Ｊ．１８８２—１９６４）和赫兹在研究中发现电子与原子发生非弹性碰撞时能量的转移是量子化的。
他们的精确测定表明，电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格地保持４.９ｅＶ，即汞原子只接收４.９ｅＶ的能量。
这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。
由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用，曾共同获得１９２５年的物理学诺贝尔奖[1]。
在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象，测量汞原子的第一激发电位，从而加深对原子能级概念的理解。
【仪器】弗兰克—赫兹管（简称Ｆ—Ｈ管）、加热炉、温控装置、Ｆ—Ｈ管电源组、扫描电源和微电流放大器、微机Ｘ—Ｙ记录仪。
Ｆ—Ｈ管是特别的充汞四极管，它由阴极、第一栅极、第二栅极及板极组成。
为了使Ｆ—Ｈ管内保持一定的汞蒸气饱和蒸气压，实验时要把Ｆ—Ｈ管置于控温加热炉内。
加热炉的温度由控温装置设定和控制。
炉温高时，Ｆ—Ｈ管内汞的饱和蒸气压高，平均自由程较小，电子碰撞汞原子的概率高，一个电子在两次与汞原子碰撞的间隔内不会因栅极加速电压作用而积累较高的能量。
温度低时，管内汞蒸气压较低，平均自由程较大，因而电子在两次碰撞间隔内有可能积累较高的能量，受高能量的电子轰击，就可能引起汞原子电离，使管内出现辉光放电现象。
辉光放电会降低管子的使用寿命，实验中要注意防止。
Ｆ—Ｈ管电源组用来提供Ｆ—Ｈ管各极所需的工作电压。
其中包括灯丝电压ＵＦ，直流１Ｖ～５Ｖ连续可调；第一栅极电压ＵＧ１，直流０～５Ｖ连续可调；第二栅极电压ＵＧ２?，直流０～１５Ｖ连续可调。
扫描电源和微电流放大器，提供０～９０Ｖ的手动可调直流电压或自动慢扫描输出锯齿波电压，作为Ｆ—Ｈ管的加速电压，供手动测量或函数记录仪测量。
微电流放大器用来检测Ｆ—Ｈ管的板流，其测量范围为10-8Ａ、10-7Ａ、10-6Ａ三挡。
微机Ｘ—Ｙ记录仪是基于微机的集数据采集分析和结果显示为一体的仪器。
供自动慢扫描测量时，数据采集、图像显示及结果分析用。
【原理】玻尔的原子理论指出：①原子只能处于一些不连续的能量状态Ｅ１、Ｅ２……，处在这些状态的原子是稳定的，称为定态。
原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态；②原子从一个定态跃迁到另一个定态时，它将发射或吸收辐射的频率是一定的。
如果用Ｅｍ和Ｅｎ分别代表原子的两个定态的能量，则发射或吸收辐射的频率由以下关系决定：ｈｖ＝｜Ｅｍ－Ｅｎ｜（４５—１）式中：ｈ为普朗克常量。
原子从低能级向高能级跃迁，也可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现。